(57)【要約】【課題】永久磁石が保有するエネルギを利用することにより、運転コストを改善し、無公害での運転を継続可能にする。【解決手段】第２のマグネット１９を、固定子枠に形成されたスロット１８内に回転子４ａ、５ａの径方向に出入自在に収納し、回転子４ａ、５ａの回転中に第１のマグネット１７が近づく所定期間はスロット１８内に退避させ、この退避後直ちに元の位置に復帰させて、第１のマグネット１７を回転子４ａ、５ａの回転方向へ反発付勢させる。【選択図】図１
2006141109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に複数の第２のマグネットが等間隔に配置された固定子枠と、
外周に複数の第１のマグネットが等間隔に配置され、前記固定子枠内で前記第２のマグネットと第１のマグネットの反発力を利用して回転付勢される回転子と、
起動時には回転子を駆動し、起動後には回転子を所定時間間隔で駆動しまたは起動時より小さいトルクで駆動する動力装置と、
を備え、
第２のマグネットは、固定子枠に形成されたスロット内に回転子の径方向に出入自在に収納され、回転子の回転中に第１のマグネットが近づく所定期間はスロット内に退避され、第１のマグネットが遠ざかる所定期間内にもとの位置に復帰して第１のマグネットを反発させることを特徴とする磁力回転装置。
【請求項２】
固定子枠は、前記起動時に回転子の中心から水平方向に離れ、所定期間後もとの位置に復帰するように２分割されていることを特徴とする請求項１に記載の磁力回転装置。
【請求項３】
前記回転子には、発電機が連結されていることを特徴とする請求項１に記載の磁力回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネットの反発力を利用して動力または電力を取り出すための磁力回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力の発生には、水力、風力、波力、原子力等による外部エネルギが利用される。また、この発生した動力を利用して電力を発生するのに、水力発電設備、火力発電設備、風力発電設備、波力発電設備、原子力発電設備などが用意される。これらの発電機では回転子の回転によって、この回転子に取り付けられたマグネットが、固定子の界磁巻線に電圧を誘起（発電）し、外部へ電力を供給する。この誘起電圧の大きさは、マグネットの磁束密度、界磁巻線の巻数、回転子の回転速度などにより決まる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３‐３２４９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このように動力や電力の発生のためには、水力発電設備、風力発電設備、風力発電設備、波力発電設備、原子力発電設備などを運転するための構成、システムが大掛りでコスト高になる。また、火力発電設備では化石燃料の使用により自然破壊を招き、原子力発電では放射能汚染による危険が完全に払拭されていない。
【０００４】
本発明はこのような従来の発電機等を運転するための設備コストおよび運転コスト上の不都合を、マグネット(永久磁石)が保有するエネルギを利用することにより軽減し、無公害で安全運転を継続できる磁力回転装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の磁力回転装置は、内周に複数の第２のマグネットが等間隔に配置された固定子枠と、外周に複数の第１のマグネットが等間隔に配置され、前記固定子枠内で前記第２のマグネットと第１のマグネットの反発力を利用して回転付勢される回転子と、起動時には回転子を駆動し、起動後は回転子を所定時間間隔で駆動し、または起動時より小さいトルクで駆動する動力装置と、を備え、第２のマグネットは、固定子枠に形成されたスロット内に回転子の径方向に出入自在に収納され、回転子の回転中に第１のマグネットが近づく所定期間はスロット内に退避され、第１のマグネットが遠ざかる所定期間内にもとの位置に復帰して第１のマグネットを反発させることを特徴とする
【０００６】
この構成により、モータなどの動力装置により起動される回転子側の第１のマグネットと固定子枠側の第２のマグネットとの反発力を、適切なタイミングで変化させることにより、回転子を固定子枠に対して回転付勢することができる。また、起動後は、前記動力装置の回転力を間欠的に、または弱い回転力を継続的に利用することにより回転子の回転を継続可能に補助し、これを簡単かつローコストな構成にて実現可能にする。
【０００７】
また、本発明の磁力回転装置は、固定子枠が、前記起動時に回転子の中心から水平方向に離れ、所定期間にもとの位置に復帰するように２分割されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成により、回転子の起動時に、回転子側の第１のマグネットが固定子枠側の第２のマグネットからの反発力を受けにくくし、これにより回転子の起動回転が阻まれるのを有効に回避することができる。
【０００９】
また、本発明の磁力回転装置は、前記回転子に、発電機を連結したことを特徴とする。
【００１０】
この構成により、少ない動力エネルギで発電機から大きな電力エネルギを有効に発生させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外部からの動力エネルギの間欠的供給または僅かな動力エネルギの補充によって、大きな磁力回転力を継続的に発生させ、この磁力回転力を簡単かつ安価な設備にて、電力や動力として有効利用させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態を図面について説明する。
図１は本発明の実施形態による磁力回転装置を概念的に示す構成図である。図１において、この磁力回転装置は、動力装置１と、回転伝達機構２と、クラッチ３と、磁力回転手段４、５と、発電機６とを備えている。
【００１３】
前記動力装置１には、例えば電力により駆動される電動モータや油圧モータなどが用いられ、回転トルク、回転速度および起動，停止を頻繁に制御できる型式のものを用いることが好ましい。
回転伝達機構２は、動力装置１の出力軸７に取り付けられたベベルギア２ａ、２ｂと、これらのベベルギア２ａ、２ｂに対して選択的に噛合されるベベルギア２ｃとからなる。これらのベベルギア２ａ、２ｂに対しベベルギア２ｃが選択的に噛合されることで、動力装置１の回転を後述の台座に伝達し、この台座を左右(図１では前後)方向に水平移動させることができる。
【００１４】
前記クラッチ３はベベルギア２ａを取り付けている出力軸７の回転を磁力回転手段４、５の入力軸８に対し伝達したり、伝達解除したりする断続機能を持つ。
このクラッチ３は、例えば磁力回転手段４、５が単独で回転を継続させている期間中、「断」となるように制御される。このクラッチ３として、電磁クラッチや手動クラッチを用いることができる。
【００１５】
磁力回転手段４、５は、同一の構成を持ち、それぞれ回転子４ａ、５ａと固定子枠４ｂ、５ｂとを備えている。
各固定子枠４ｂ、５ｂは、図２に示すように、回転軸８を中心として左右方向（図１では前後方向）に、分割固定子枠４ｂ１、４ｂ２および分割固定子枠５ｂ１、５ｂ２に２分割されている。
【００１６】
また、分割固定子枠４ｂ１、５ｂ１および分割固定子枠４ｂ２、５ｂ２は、それぞれ各一の台座９ａ、９ｂに載置されている。これらの台座９ａ、９ｂは、基台や床に水平移動自在に支持されている。図３は、これらの台座９ａ、９ｂの水平移動機構１０を示す平面図で、図２における分割固定子４ｂ１,４ｂ２を鎖線で示してある。
【００１７】
この水平移動機構１０は、台座９ａ、９ｂ間に配置されており、台座９ａ、９ｂの互いに対向する面の前端部および後端部に、それぞれ１枚ずつ、合計４枚のばね板１１、１２の各一端が固定されている。前端部のばね板１１は各他端が台座９ａ、９ｂの前方へ延設され、後端部のばね板１２は各他端が台座９ａ、９ｂの後方へ延設されている。
【００１８】
そして、これらの前方および後方への各延設端には、厚板状のねじ板１３、１４が取り付けられている。このとき、各ばね板１１、１２はねじ板１３、１４を中心に、上方から見て略Ｖ字状をなす。ねじ板１３、１４の中心部にはそれぞれねじ孔（図示しない）が設けられ、これらのねじ孔に一本の長いねじ軸１５がねじ込まれている。
【００１９】
このねじ軸１５は、ねじ板１３、１４の中間付近で逆ねじとなっている。従って、ねじ軸１５の一方向回動操作により各ばね板１１、１２が互いに逆方向に開いたり閉じたりし、これに連動して台座９ａ、９ｂが互いに水平方向に離れるように移動したり、近づくように移動したりする。図４は、台座９ａ、９ｂが所定量離れた様子を示す。
【００２０】
前記ねじ軸１５の一端には、クラッチ１６が取り付けられ、このクラッチ１６を介して、図１に示した動力装置１およびベベルギア２ａ、２ｂの回転がねじ軸１５に伝えられる。
このクラッチ１６は、動力装置１の起動時には、ベベルギア２ｃの出力軸とねじ軸１５とを連結し、各台座９ａ、９ｂを分離する方向に移動させ、起動後回転子４ａ、４ｂの回転が設定速度以上で安定した場合に、各台座９ａ、９ｂを近接する方向に移動させる。
【００２１】
また、磁力回転手段４、５の回転子４ａ、５ａは、外周に複数の、例えば４極分の第１のマグネット（永久磁石）１７が等間隔に埋設されている。これらのマグネット１７は、図５に示すように、回転子４ａ、５ａの外方に露出する外端部側が、例えばＮ極に着磁されている。
【００２２】
一方、磁力回転手段４、５の固定子４ｂ、５ｂの内周側には、回転子４ａ、５ａの中心に向かう方向に、例えば４個のスロット１８が形成されている。これらのスロット１８内には、固定子枠４ｂ、５ｂの内周面に外端部側が露出する第２のマグネット１９が前記方向に摺動可能に収納されている。
また、これらの第２のマグネット１９の内端には、磁性材としての鉄片２０が一体に固着されている。さらに、スロット１７内には、鉄片２０を支持するようにコイル型のばね２１が配置され、このばね２１の内端側に電磁石２２が配置されている。
【００２３】
前記入力軸８には、外周の一部に図６に示すようなスリップリング（金属リング）２３が取り付けられている。このスリップリング２３は、軸方向に延びる４本のスリット２４により円周方向に４分割されており、これに対抗するようにスリット位置検出センサ２５が配置されている。
スリット２４は第１のマグネット１７のそれぞれの角度位置に対応するように配置されている。このスリット位置検出センサ２５は、電気的手段、磁気的手段、光学的手段のいずれかにより構成されている。
【００２４】
スリット位置検出センサ２５には制御装置２６が接続されており、スリット位置の検出出力にもとづき、前記電磁石２２のそれぞれに一定の周期で駆動電流を供給するためのタイミング信号を出力するように機能する。この制御装置２６には、前記タイミング信号に基づいて各電磁石２２に一定の順序で駆動電流を供給する励磁装置２７が接続されている。
【００２５】
また、図１に示すように、発電機６には充放電用のバッテリ２８およびブレーカ２９が接続され、入力軸８の回転により駆動される発電機６からの発電電圧が、バッテリ２８に充電され、またはブレーカ２９を介して外部に供給される。この発電電圧を動力装置１の駆動用電源として回生、利用することも可能である。
【００２６】
次に、この磁力回転装置の動作を説明する。
まず、電力、油圧、風力などを動力源として、動力装置１を駆動する。なお、説明の都合上、動力装置１が電力で駆動されるモータを念頭に置いて、以下、具体的に説明する。
電力の供給を受けて動力装置１が起動されると、出力軸７およびベベルギア２ａ、２ｂを介して、図２乃至図４に示すねじ軸１５が、連結中のクラッチ１６を介して一定方向に回転する。このねじ軸１５の回転により、このねじ軸１５に噛合された二つのねじ板１３、１４が互いに接近する方向にねじ軸１５上を移動する。
【００２７】
このねじ板１３、１４の移動によって、ばね板１１,１２はそれぞれ台座９ａ、９ｂを左右に押し広げる。このため、台座９ａ、９ｂはレール等の基台Ｂ上を水平方向に離れるように移動する。
この動作により、固定子枠４ｂ、５ｂは回転子４ａ、５ａがある位置から大きく位置ずれし、回転子４ｂ、５ｂ上の第１のマグネット１７に対し、固定子枠４ｂ、５ｂ上の、第２のマグネット１９の磁界が大きくの影響するのを回避できる。こうして、台座９ａ、９ｂが設定された最大量移動した後、ベベルギア２ｃがベベルギア２ａから離脱される。
【００２８】
一方、出力軸７の回転は、連結状態のクラッチ３および入力軸８を介して、磁力回転手段４,５の回転子４ａ、５ａに伝えられる。このため、回転子４ａ、５ａが起動状態に入り、次第に回転数を上げる。
そして、予め設定した回転数域まで回転子４ａ、５ａの回転数が上昇すると、前記ベベルギア２ｃがベベルギア２ｂ側に連結される。
【００２９】
このため、このベベルギア２ｃは逆転を開始し、クラッチ１６を介してねじ軸１５を逆転させる。ねじ軸１５の逆転によって、この二つのねじ板１３は相対的に離れるように、ねじ軸１２上を移動し、二つの台座９ａ、９ｂも接近する。そして、両台座９ａ、９ｂが最接近すると、各固定子枠４ｂ、５ｂは、図１に示すように回転子４ａ、５ａをそれぞれ被う位置に至る。
【００３０】
そこで、前記クラッチ１６を開いて、ベベルギア２ｃの回転がねじ軸１２に伝達されないようにし、その後ベベルギア２ｃをベベルギア２ｂから分離する。この状態では、動力装置１により駆動される回転子４ａ、５ａ外周の第１のマグネット１７が、固定子枠４ｂ、５ｂ内周の第２のマグネット１９に、図５に示すように周期的に正対することとなる。
【００３１】
次に、動力装置１による回転子の安定的な回転状態において、クラッチ３を作動させ、出力軸７から入力軸８を分離する。すると、回転子４ａ、５ａは自身の回転慣性と第２のマグネット１９に対する第１のマグネット１７の反発力とを利用して、回転を継続する。この両マグネット１７、１９の反発による回転子４ａ、５ａの回転付勢方法について、図６を参照しながら少し説明する。
【００３２】
回転子４ａ、５ａの回転中は、第１のマグネット１７の回転位置が、スリップリング２３のスリット２４位置をスリット位置検出センサ２５が検知することにより得られ、これを制御装置２６が常時監視する。
制御装置２６は、検出したこれらのスリット位置にもとづいて、第２のマグネット１９をスロット１８内に後退させ、または固定子４ｂ、５ｂの内周へ露出させるタイミングを決定する。
【００３３】
また、この制御装置２６からのタイミング信号を受けて、励磁装置２７は電磁石２２を付勢する。これにより、マグネット１９に一体の鉄片２０を引き寄せ、ばね２１の反発力に抗して、第２のマグネット１９をスロット１８内に予め設定した量だけ後退させる。
【００３４】
この後退のタイミングは、回転子４ａ、５ａの矢印Ａ方向の回転中に、第１のマグネット１７が第２のマグネット１９に対向開始し、第２のマグネット１９の、円周方向の中央部を過ぎた位置付近までである。
そして、この中央部を過ぎた位置で、電磁石２２への電力供給を遮断する。このとき、第２の磁石１９は前記後退によって圧縮されたばね２１の反発力により、第１のマグネット１７へ最接近するように、固定子枠４ｂ、５ｂの前記内周側へ先端部を突出する。
このため、第２のマグネット１９に対し第１のマグネット１７は回転子４ａ、５ａの回転方向に積極的に送り出され、この回転子４ａ、５ａをさらに回転付勢する。
【００３５】
つまり、第２のマグネット１９は、第１のマグネット１７を回転子４ａ、５ａの回転方向に付勢するために利用し、回転子４ａ、５ａの回転方向を磁気的に抑制する期間または角度領域では、第２のマグネット１９の磁力が第１のマグネット１７の移動に影響しない位置まで後退させる。
そして、このような各一の第１のマグネット１７の回転角度と、各一の第２のマグネット１９の後退のタイミングとを、制御装置２６によってコントロールすることにより、回転子４ａ、５ａは外部からの動力装置１から動力を受けなくても、回転を継続することができる。
【００３６】
前記実施形態では、図５に示すように、第２のマグネット１９の先端面を、回転子４ａ、５ａの回転方向側に徐々に盛り上がるような形状としてある。これにより、第一のマグネット１７が第２のマグネット１９に正対する位置付近までは、第１のマグネット１７に対する反発力を弱め、回転子４ａ、５ａの回転慣性を低下させないようにすることができる。
【００３７】
一方、第１のマグネット１７が第２のマグネット１９に正対した直後付近からは、第２のマグネット１９による第１のマグネット１７の反発力が徐々に大きくなる。これにより、回転子４ａ、５ａをさらに効果的に回転付勢することができる。なお、前記のような反発力を発生させ、利用するためには、各マグネット１７、１９の対向面側を同極性に着磁しておく。前記実施形態では、それぞれＮ極に着磁した場合を説明したが、それぞれＳ極に着磁してもよい。
【００３８】
また、前記実施形態では、第２のマグネット１９の先端部を回転子４ａ、５ａの回転方向側に円弧状に徐々に突出させたものを示した。しかし、マグネットの反発力によって回転子を回転付勢するように、回転子４ａ、５ａ側の第１のマグネット１９を前記同様に回転方向側に円弧状に突出させたり、あるいは波形などの種々の形態にすることは、任意である。
【００３９】
また、固定子枠４ｂ、５ｂに形成されるスロット１８内に収納されるばね２１および電磁石２２に代えて、第２のマグネット１９を反発させるマグネット(図示しない)を収納してもよい。これにより、外部からの電磁石２２に電力を供給せずに、第２のマグネット１９のスロット１８内での移動を簡単に実施できる。
また、このような磁力回転手段４、５で得られた電力は蓄電池２８に充電され、必要に応じて、ブレーカ２９を介して外部へ取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の磁力回転装置は、従来の発電機等を運転するための設備上および運転コスト上の不都合を永久磁石が保有するエネルギを利用することにより改善し、無公害で運転を継続できるように、永久磁石の反発力を利用して動力または電力を取り出すために利用される磁力回転装置等に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態による磁力回転装置を概念的に示す構成図である。
【図２】図１における磁力回転手段を示す側面図である。
【図３】図１における台座の移動状況を示す要部の平面図である。
【図４】図１における台座の開離状態を示す要部の正面図である。
【図５】図１における回転子の固定子枠に対する反発回転を説明する要部の拡大断面図である。
【図６】図１における回転子の反発回転制御方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  動力装置
４、５  磁力回転手段
４ａ、５ａ  回転子
４ｂ、５ｂ  固定子枠
６  発電機
７  出力軸(回転軸)
８  入力軸（回転軸）
１０  水平移動機構
１７  第１のマグネット
１８  スロット
１９  第２のマグネット
２１  ばね
２２  電磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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